Дослідження впливу пуску та роботи електродвигуна (дк-409) компресора (эк-7б) при номінальних параметрах на нагрівання ізоляції якоря Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 621.313.2-83

КРАСНОВ Р. В., ШАПОВАЛОВ А. В. (ДНУЗТ)

1 л Еквюалентний струм

13 за пе Р'од пус :ку, А

ч\ 1°

\ 11

\ 10~'

8

1 1 1 1

-50

-40 -30 -20 -10 0 10 20 30 Температура навколишнього середовища, °С

40

ДОСЛ1ДЖЕННЯ ВПЛИВУ ПУСКУ ТА РОБОТИ ЕЛЕКТРОДВИГУНА (ДК-409) КОМПРЕСОРА (ЭК-7Б) ПРИ НОМ1НАЛЬНИХ ПАРАМЕТРАХ НА НАГР1ВАННЯ 1ЗОЛЯЩ1 ЯКОРЯ

Представив д.т.н., професорДубинець Л.В..

Умови експлуатаци допомiжних електрич-них машин рухомого складу дуже складш, а дослщження роботи електродвигуна компресо-ра в рiзних експлуатацiйних режимах е досить актуальним, оскiльки, як показуе статистика виходу з ладу електродвигушв компресорiв електропоiздiв ЕР-1, ЕР-2 в Дншропетровсько-му локомотивному депо, за один рж експлуата-цii за причиною пробою iзоляцii якоря i обмотки полюшв бракуеться вiд 12 до 56 електродвигушв компресорiв, яю повиннi безвiдмовно працювати протягом 10 роюв (вiд капремонту до капремонту). Причому електричш пошко-джуваност (прогар обмотки якоря та обмотки головного полюса) складають iх основний об-сяг. Причиною цьому е нечггка та ненадiйна робота системи захисту електродвигуна комп-ресора вщ перегрiву та перевантажень [1].

У нашому випадку нас цiкавить процес пуску електродвигуна та робота в усталеному ре-жимi при номiнальних параметрах.

При експлуатаци електропоiздiв постiйного струму можливi наступнi режими пуску ЕД компресора: пуск при вщсутност стисненого повггря у гальмiвнiй магiстралi; пуск при пев-ному тиску у гальмiвнiй магiстралi; пуск при тдвищеному та зниженому значеннях напруги у контактнш мережi; пуск при початковому перегрiвi даноi частини машини т0 = 0 та пуск при т0 > 0 (при кожному з цих варiантiв необ-хщно враховувати температуру навколишнього середовища).

За допомогою математично!" моделi, що описуе тепловi процеси, якi протiкають у елек-тродвигунi компресора ДК-409, та значень пус-кових струмiв, що отримаш з допомогою моде-лювання процесiв пуску (рис. 1), можливо отримати значення перегрiвiв при рiзних умо-вах пуску та подальшо1' роботи електродвигуна компресора [2].

Теплову модель створено за допомогою ек-вiвалентноi теплово1' схеми замiщення якоря електродвигуна ДК-409 [3] (рис. 2).

- 4 кВ

г24 кВ

Рис. 1. Значення екшвалентних пускових струм1в електродвигуна ДК-409 при р1знш температур1 навколишнього середовища та р1зних значеннях напруги у контактнш мереж1

////////////////////////////////////////////////^

Рм J Оов| А ^ 13 ПАЗ Г- Рст [Ост с

Олв 1 о ^Ост+Оус

Д

Рис. 2. Екв1валентна теплова схема якоря електродвигуна ДК-409

На базi теплово1' схеми замщення отримано систему рiвнянь (1), що описують тепловi процеси у двигуш

(обм =(лб +(мс

тобм =(лб -клб

тст =((ст +(мс У^ст

(лб '^лб =(мс '^зпаз +((2ст +(мс )'^ст .

(1)

де (обм - тепловий потiк обмотки якоря, Вт; (лб - тепловий потж, що передаеться повггрю,

яке охолоджуе, через тепловiддаючi поверхнi лобових з'еднань обмотки, Вт; о - тепловий

мс

потiк, що переходить iз мiдi обмотки через па-зову iзоляцiю з опором д1зпаз у сталь осердя

якоря, Вт; тобм - перепад температури мщ

обмотки над температурою охолоджуючого повггря, °С; ялб - тепловий отр обмотки якоря, °С/Вт; тст - перевищення температури сталi осердя над температурою охолоджуючого повь тря, °С; ост - тепловий потж сталi якоря, Вт;

яст - загальний опiр тепловому потоку, який

вщдаеться сталевому осердю якоря, °С/Вт; Д1зпаз - тепловий опiр ¡золяци паза якоря,

°С/Вт.

У системi (1) маемо чотири невiдомих: олб, 0мс, тобм , тст. Розв'язок ще1 системи дозволяе перевищення температури

ст

значення

1обм та тст •

мс

знайти

ч

Величину перерву необхщно1 частини електрично! машини за вщомий промiжок часу, наприклад в режимi пуску, можливо визначити за формулою [4]:

1 - е

+ т,

0

(2)

де ткн - кшцевий перегрiв дано! частини машини, °С; Тя - постiйна часу на^вання якоря двигуна, хв.; г - час перехщного процесу, хв.; т0 - початковий перегрiв дано! частини машини, °С.

Шд номiнальними параметрами будемо вважати струм електродвигуна компресора /ном = 4,65 А, напругу компресора електродвигуна ином = 1500 В (напруга в контактнш ме-режi теж мае номiнальне значення i дорiвнюе 3 кВ), тривалiсть включення ТВ = 50% при тривалост циклу = 10 хвилин - зпдно з пас-портними даними ЕД компресора, а час роботи гр дорiвнюе часу паузи гп i складае 300 с, значення е^валентного струму тд час пуску при 20 °С складае 9,62 А.

Пуск буде дослщжуватись при порожнiй напiрнiй мапстрал^ Використовуючи матема-тичну модель теплових процешв електродвигуна компресора ДК-409 побудуемо дiаграму нагрiвання та охолодження його iзоляцп якоря (рис. 3).

Рис. 3. Д1аграма нагр1вання 1золяци якоря електродвигуна ДК-409 при робот у повторно-короткочасному режим1 з ТВ=50% з номшальними параметрами при тиску у нашрнш магютрал1 0 атм.

шд час пуску та роботи в усталеному режим1

Представлена дiаграма е iдеальною розра-хунковою кривою, зпдно яко! повиннi протка-ти тепловi процеси у двигунi компресора. При першому пуску електродвигуна компресора, що тривае 1,2 с значення е^валентного пускового струму дорiвнюе 9,62 А, полм електродвигун працюе 298,8 с при усталеному значенш струму 4,65 А. За цей перюд (дшянка 0-1 рис. 3) пере-грiв iзоляцil якоря складе 53,1 °С, тобто температура iзоляцil при температурi навколишнього середовища 20 °С складе 73,1 °С. Шсля цього компресор вiдключаеться вiд живлячо! мережi за допомогою реле тиску i починаеться пауза, що буде тривати теж 300 с (дшянка 1-2 рис. 2). за час ще! паузи переев двигуна зменшиться до 25,5 °С (температура iзоляцil 45,5 °С).

Дiлянка 2-3 на дiаграмi показуе, що пуск електродвигуна компресора тривае 1,2 с при значенш струму в колi якоря 9,54 А (е^вален-тний струм тд час пуску при температурi навколишнього середовища 30 °С), тсля чого тривае робота електродвигуна протягом 298,8 с при номшальному струмi у колi якоря 4,65 А, при цьому, переев iзоляцil сягае значення 60,33 °С.

По аналоги вщбуваються процеси пуску та зупинки електродвигуна компресора тд час яких переев iзоляцil якоря буде постшно зро-стати i лише тд час четвертого пуску електродвигуна компресора ^лянка 6-7 дiаграми рис.2) штенсившсть наростання перегрiву зни-зиться. Рiзниця мiж точкою 5 та 7 складае:

61,47 - 61,3 61,47

х 100 = 0,3%.

© Електрифкащя транспорту, № 1. - 2011.

83

Тобто, максимальний neperpiB iзоляцiï якоря у даному режимi складае 61,47С, а мшма-льний neperpiB складае 29,57°С.

Таким чином, при тeмпepaтуpi навколиш-нього середовища 20°С та тд час пуску i роботи при номшальних параметрах двигуна-компресора, реальна максимальна температура iзоляцiï якоря буде складати 81,47 С, а мшма-льна 49,57 С. Тобто, якщо температура навко-лишнього середовища при даному peжимi роботи сягне 40С, то температура iзоляцiï якоря не перевищить значення максимально допус-тимоï в 120 °С [4] i складе 101,47 °С.

Як показали експериментальш дослiджeння роботи електродвигуна компресора, його реа-льний режим роботи дещо вiдpiзняеться вiд розрахункового. Отже, вплив змши його режиму роботи на на^вання iзоляцiï якоря в реаль-них умовах eксплуaтaцiï буде дещо шшим i може перевищувати отpимaнi значення пере-гpiву. Тому вплив peжимiв роботи двигуна на переев iзоляцiï при нeномiнaльних режимах роботи буде проведено в подальших досл> дженнях.

Б1БЛ1ОГРАФ1ЧНИЙ СПИСОК

1. Дубинець Л. В. Вплив умов експлуатацп на надшшсть двигунiв компpeсоpiв електропо1-здiв постiйного струму [Текст] / Л. В. Дубинець, Р. В. Краснов // Вюник Дшпропетровсь-кого нащонального унiвepситeту затзничного транспорту iмeнi aкaдeмiкa В.Лазаряна. -

Вип. 18. - Д.: Вид-во Дшпропетр.нац.ун-ту залiзн.. трансп. iM. акад. В.Лазаряна, 2007. - С. 29-31.

2. Краснов Р. В. Моделювання процесу пуску електропривода поршневого компресора (ЕК-7Б) з двигуном ДК-409 електропо!зда ЕР2 [Текст] / Р. В.Краснов, Д. В. Устименко, А. В. Шаповалов // Збiрник статей Харювсько! нащ-онально! академп мiського господарства. -Вип. 97, 2011. - С. 251-256.

3. Находкин М. Д. Проектирование тяговых электрически машин [Текст] / М. Д. Находкин, Г. В. Василенко, В. И. Бочаров, // Под ред. М. Д. Находкина. Учебное пособие для вузов ж.-д. трансп. - М.: Транспорт, 1976. - 624 с.

4. Безрученко, В. М. Тяговi електричш ма-шини електрорухомого складу. / В. М. Безрученко, В. К. Варченко, В. В. Чумак // - Д.: вид-во Д. нац. ун-ту залiзн. трансп. iм. акад. В. Ла-заряна, 2003. - 252 с.

Ключовi слова: електрорухомий склад, до-помiжнi електричш машини, електродвигун компресора.

Ключевые слова: электроподвижной состав, вспомогательные электрические машины, электродвигатель компрессора.

Keywords: electric rolling stock, auxiliary electrical machines, compressor electric motor.